DE102010031651A1

DE102010031651A1 - Dosiervorrichtung

Info

Publication number: DE102010031651A1
Application number: DE102010031651A
Authority: DE
Inventors: Ralph Bauer; Stefan Kembüchler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Eine Dosiervorrichtung zur Dosierung eines in den Abgasbereich (160) einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens eines Dosierventils (130) einzubringenden Reagenzmittels (105), wobei die Dosiervorrichtung wenigstens eine Pumpe (120) aufweist, die das Reagenzmittel (105) aus einem Tank (100) über eine Leitung (110) hin zu dem wenigstens einen Dosierventil (130) befördert, weist stromaufwärts des wenigstens einen Dosierventils (130) wenigstens ein Absperrventil (140) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zur Dosierung eines in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine einzubringenden Reagenzmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere bei Kraftfahrzeugen bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selectiv Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NOx) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch kann der Anteil von Stickoxiden im Abgas erheblich verringert werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reduktionsmittel werden daher NH₃ bzw. NH₃-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Zur Bevorratung der Harnstofflösung als Reduktionsmittel ist ein Reduktionsmitteltank vorgesehen.
Der Reduktionsmitteltank ist üblicherweise mit einer Saugleitung ausgestattet, um die Harnstofflösung aus dem Tank absaugen zu können. Zur Förderung der Harnstofflösung ist als Fördermittel eine Pumpe vorgesehen, die die Lösung durch ein Leitungssystem der Dosiereinrichtung, insbesondere durch eine Druckleitung fördert, sodass die Reduktionsmittellösung über ein Dosiermodul, insbesondere wenigstens ein Dosierventil, beispielsweise ein elektromagnetisches Einspritzventil, unter Druck in den Abgasstrang eingespritzt oder eingedüst werden kann. Für das Einspritzen bzw. Eindüsen der Harnstofflösung in den Abgasstrang werden im allgemeinen elektronisch gesteuerte Ventile verwendet, die ein bedarfsgerechtes Einspritzen bzw. Eindüsen der Lösung ermöglichen.
Die üblicherweise verwendete, in DIN-Normen definierte Harnstofflösung hat die Eigenschaft, bei ca. –11°C zu gefrieren. Die mit dem Gefrieren einhergehende Volumenausdehnung der Lösung kann zu Schädigungen an den Leitungen und insbesondere an den Ventilen führen. Daher ist es in der Regel vorgesehen, nach dem Abstellen des Motors die Lösung aus dem Dosiermodul, insbesondere aus dem Dosierventil, in den Tank zurückzusaugen. Damit wird erreicht, dass das System bei Temperaturen von –11°C oder weniger gefrieren kann, ohne dass Schädigungen durch die Volumenausdehnung der gefrierenden Lösung zu befürchten sind. Wenn nun die Dosiervorrichtung nicht entleert abgestellt wird, beispielsweise wenn bei Fahrzeugen mit Notaus-Schaltern nach einem Notaus nicht mehr die Lösung in den Tank zurückgesaugt worden ist, friert das System in diesem Zustand ein und es kann zu Schädigungen insbesondere an dem Einspritzventil oder den Einspritzventilen kommen. Auch kann der Fall auftreten, dass sich bei teilentleerten Systemen beispielsweise aufgrund einer bauartbedingten Montage des Dosierventils noch ein Teil der Harnstofflösung, die auch unter dem Handelsnahmen „AdBlue” vermarktet wird, am tiefsten Punkt sammelt. Wenn der tiefste Punkt das Dosierventil ist, besteht dort die Gefahr der Zerstörung durch Eisdruck.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Eisdruck verursachte Schäden in einem Dosiersystem für einen SCR-Katalysator, insbesondere Schäden an dem Dosierventil, wirksam zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch eine Dosiervorrichtung zur Dosierung eines in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine einzubringenden Reagenzmittels der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass stromaufwärts des wenigstens einen Dosierventils ein ansteuerbares Absperrventil angeordnet ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Durch dieses zusätzliche Absperrventil vor dem wenigstens einen Dosierventil wird verhindert, dass im ausgeschalteten Zustand der Dosiervorrichtung Reagenzmittel, also AdBlue, in Richtung Dosierventil zurückfließt. Durch dieses Verhindern eines Rückflusses des Reagenzmittels zum Dosierventil wird sehr wirkungsvoll eine Beschädigung des Dosierventils durch Eisdruck verhindert.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Dosiervorrichtung möglich.
So sieht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Absperrventil in unmittelbarer, insbesondere baulich maximal möglicher Nähe zu dem Dosierventil angeordnet ist. Durch die Anordnung des Absperrventils in kurzem Abstand zum Dosierventil kann die Rücksaugmenge, die aus dem Dosierventil entfernt werden muss, sehr vorteilhaft minimiert werden, um die Gefahr eines Gefrierens zu verhindern.
Hierdurch ist es auf sehr vorteilhafte Weise möglich, das Dosierventil in einer nicht eisdruckfesten Bauart auszuführen. Auf diese Weise wird nicht nur ein technisch einfacherer Aufbau des Dosierventils möglich, sondern insbesondere auch ein wesentlich kostengünstigerer. Darüber hinaus ist die Einbauhöhe oder das Einbauniveau der Komponenten bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung weniger relevant als bei aus dem Stand der Technik bekannten Dosiervorrichtungen. Es muss insbesondere nicht mehr darauf geachtet werden, dass das Dosierventil nicht mehr die tiefste Stelle der Vorrichtung bildet, in der sich das Reagenzmittel sammeln kann.
Das Absperrventil selbst weist eine eisdruckfeste Bauart auf. Da das Absperrventil wesentlich einfacher konstruierbar ist, ist hier ein eisdruckfester Aufbau wesentlich einfacher und gleichzeitig kostengünstiger zu realisieren als bei einem Dosierventil, welches einen im Vergleich hierzu aufwendigeren Aufbau aufweist.
Sowohl das Dosierventil als auch das Absperrventil sind vorteilhafterweise durch eine Steuereinrichtung, insbesondere durch eine Motorsteuereinrichtung, ansteuerbar. Die Ansteuerung erfolgt dabei abgestimmt auf die beiden Ventile.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Absperrventil in seinem Ausgangszustand geschlossen ist und durch ein Steuersignal der Steuereinrichtung so ansteuerbar ist, dass es während des Betriebs in der Dosiervorrichtung geöffnet ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist schematisch eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung dargestellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Die in der Figur dargestellte Dosiervorrichtung für einen SCR-Katalysator, nachfolgend auch kurz Dosiersystem genannt, umfasst einen Reduktionsmitteltank 100, in dem ein Reduktions- oder Reagenzmittel 105, also eine Harnstoffwasserlösung, die unter dem Handelsnamen AdBlue vermarktet wird, bevorratet ist. In den Tank 100 ragt eine Leitung 110, die als Saugleitung ausgebildet ist. Mit Hilfe einer Pumpe 120 wird das Reduktionsmittel 105 aus dem Tank 100 gefördert und unter Druck über ein Dosierventil 130 in ein Abgasrohr 160 eingespritzt oder eingedüst. Das Dosierventil 130 ist durch eine Steuereinrichtung 200, insbesondere ein Motorsteuergerät eines Fahrzeugs, über eine elektrische Leitung 230 ansteuerbar. Die Ansteuerung erfolgt so, dass bedarfsweise AdBlue in das Abgasrohr 160 auf an sich bekannte Weise eingespritzt wird.
Stromaufwärts des Dosierventils 130 und in unmittelbarer Nähe zu diesem angeordnet ist ein Absperrventil 140, das ebenfalls durch die Steuereinrichtung 200 über eine elektrische Leitung 240 ansteuerbar ist. Das Absperrventil 140 ist eng benachbart zu dem Dosierventil 130 angeordnet, idealerweise bauartbedingt möglichst nahe dem Dosierventil 130. Das Absperrventil 140 ist in seinem Ausgangszustand geschlossen, insbesondere ist es im unbestromten Zustand geschlossen. Es ist von der Steuereinrichtung 200 so ansteuerbar, dass es während des Betriebs der Dosiervorrichtung geöffnet ist. Das Absperrventil 140 ist in einer eisdruckfesten Bauart ausgeführt, während das Dosierventil 130 nicht in einer eisdruckfesten Bauart ausgeführt ist. Dies hat technische Vorteile, denn das Dosierventil 130 weist einen wesentlich komplizierteren und störanfälligeren Aufbau auf als das Absperrventil 140. Darüber hinaus kann das Dosierventil 130 so wesentlich kostengünstiger hergestellt werden als bei einer Ausführung in eisdruckfester Bauart. Die Gesamtkosten reduzieren sich damit gegenüber einem eisdruckfesten Dosierventil ohne Absperrventil erheblich.
Bei Abstellen des Fahrzeugs und/oder Abschalten der Dosiervorrichtung wird nun das Reagenzmittel aus dem Leitungssystem insbesondere aber aus dem Dosierventil 130 beispielsweise durch Pumpen mittels der Pumpe 120 in umgekehrter Richtung abgesaugt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Leitung 110 druckfest ausgebildet ist und insoweit einem Eisdruck, der durch das Ausdehnen des Reagenzmittels im gefrorenen Zustand entsteht, standhält. In entsprechender Weise kann auch die Pumpe 120 eisdruckfest ausgebildet und ausgeführt sein. Da – wie vorstehend bereits erwähnt – auch das Absperrventil 140 eine eisdruckfeste Bauart aufweist, genügt es, das Reagenzmittel 105 nur teilweise aus dem Leitungssystem zurückzusaugen, wie es in der Figur schematisch durch eine Schraffur dargestellt ist. In diesem Falle erfolgt ein Rücksaugen stromabwärts eines Bereichs 115 der Leitung zwischen Dosierventil 130 und Absperrventil 140. Da das Absperrventil 140 räumlich benachbart zu dem Dosierventil 130 angeordnet ist, wobei hier eine möglichst nahe Anordnung in der vorbeschriebenen Weise zu bevorzugen ist, ist der Bereich 115, aus dem das Reagenzmittel 105 zurückgesaugt werden muss, sehr klein ausgebildet. Hierdurch kann die Rücksaugmenge auf sehr vorteilhafte Weise minimiert werden, ohne dass eine Gefahr von gefrierendem AdBlue im Dosierventil 130 besteht. Im Falle eines Gefrierens gefriert das Reagenzmittel 105 im in der Figur schraffierten Bereich, was allerdings unproblematisch ist, da das Absperrventil 140 gefrierfest ausgebildet ist. Das wesentlich komplizierter aufgebaute Dosierventil 130, das insbesondere auch aufgrund der an es gestellten hohen Temperaturanforderungen und Genauigkeitsanforderungen wesentlich komplizierter aufgebaut ist, braucht bei dieser erfindungsgemäßen Lösung nicht eisfest ausgebildet sein.
Der große Vorteil des vorbeschriebenen Dosiersystems liegt darin, dass es im Normalbetrieb ohne Einschränkung betrieben werden kann. Es weist eine robuste Bauart auf und es ist kostengünstig zu realisieren.

Claims

Dosiervorrichtung zur Dosierung eines in den Abgasbereich (160) einer Brennkraftmaschine mittels wenigstens eines Dosierventils (130) einzubringenden Reagenzmittels (105), wobei die Dosiervorrichtung wenigstens eine Pumpe (120) aufweist, die das Reagenzmittel (105) aus einem Tank (100) über eine Leitung (110) hin zu dem wenigstens einen Dosierventil (130) befördert, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des wenigstens einen Dosierventils (130) wenigstens ein Absperrventil (140) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absperrventil (140) in unmittelbarer, insbesondere baulich maximal möglicher, Nähe zu dem wenigstens einen Dosierventil (130) angeordnet ist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Dosierventil (130) eine nicht eisdruckfeste Bauart aufweist.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absperrventil (140) eine eisdruckfeste Bauart aufweist.
Dosiervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das wenigstens eine Dosierventil (130) als auch das wenigstens eine Absperrventil (140) durch eine Steuereinrichtung (200), insbesondere durch eine Motorsteuereinrichtung, ansteuerbar sind.
Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Absperrventil (140) in seinem Ausgangszustand geschlossen ist und durch ein Steuersignal der Steuereinrichtung (200) so ansteuerbar ist, dass es während des Betriebs der Dosiervorrichtung geöffnet ist.